本发明专利技术涉及直接燃料电池储能供能系统。一种基于液态储氢材料的一体式直接燃料电池储能供能系统，其特征在于：电化学氢化装置单体与燃料电池单体合为一体；燃料电池单体的工作介质入口由第一工作介质管与第二三通阀的第一端口相连通，第二三通阀的第二端口由第二工作介质管与储氢材料氢化物罐的底部相连通，第二三通阀的第三端口由第六工作介质管与储氢材料罐的底部相连通；燃料电池单体的工作介质出口由第五工作介质管与第三三通阀的第一端口相连通，第三三通阀的第二端口由第四工作介质管与储氢材料氢化物罐相连通，第三三通阀的第三端口由第三工作介质管与储氢材料罐相连通；所述储氢材料罐盛有储氢材料，所述储氢材料为多元混合液态不饱和杂环芳烃。本发明专利技术不但简化了装置(结构简单)，还大幅提高了安全性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及清洁能源与新能源领域中氢能利用技术。具体而言是以氢能的储存及氢能与电能的相互转化技术为核心的能源优化利用技术。即对特定的加脱氢可逆的储氢材料进行电化学加氢以实现电能的储存，并通过直接燃料电池将储氢材料氢化物中的氢能转化为电能。具体涉及一种基于液态储氢材料的一体式直接燃料电池储能供能系统。
技术介绍
能源是现代社会赖以生存和发展的基础，能源的供给能力密切关系着国民经济的可持续发展，是国家安全保障的战略基础之一。由于经济的高速发展致使传统的不可再生 的化石燃料等能源日趋告急，当今各国政府均寄希望于氢能、太阳能、风能等新兴能源，但 由于这些新型能源存在十分显著的时间不稳定性，因而限制了这些新型能源的开发利用。另外，因用电模式的不平衡致使电网在用电高峰时电力不足，而用电低谷时电力过剩，也影响了现有能源的充分利用。有鉴于新型能源开发和传统能源的有效利用之急需，当今各国均致力于“削峰填谷”技术的开发。目前“削峰填谷”技术主要依采用蓄电池、压缩空气和在高地蓄水等方法将过剩电能储存并加以利用。然而这些方法或因效率不高，或因地域环境条件的局限，无法大规模的普及。氢能无污染且能量转换效率高(最高可达80%)，还可与电能相互转化而不受地域和环境的限制，因此若能开发一种方便高效的电能-氢能转换及储存技术，将可广泛适用于各类供电系统“削峰填谷”的需要。为此有必要发展一种基于氢能的储能供能一体化系统。我们认为系统可以按如下电化学反应实现电能与氢能相互转化及能量的储存与供给，电解加氢反应芳香环分子+H2O —芳环氢化分子+O2(I)脱氢放电反应芳香环氢化分子+O2 —芳香环分子+H2O(2)其中电解加氢反应(I)为通过电解水直接对含不饱和键有机分子加氢，其原理可由图I说明，从中可以看出电解池的阳极和阴极分别是水和芳香环分子，当水被电解时，阳极水分解为氧气和质子，质子通过电解质扩散到阴极，形成吸附态的氢原子直接与芳香环分子反应，使芳香环分子氢化。由此将电能转化为氢能而储存在氢化芳香环分子中。上述放电脱氢反应(2)的原理如图2所示，芳香环氢化分子直接在电池的阳极发生不完全氧化脱氢放电生成芳香环分子和质子，其中通过电解质扩散到阴极，在阴极上与氧气发生反应生成水。由此将储存于氢化芳香环分子中的氢能转化成了电能。不难看出该过程的反应产物芳香环分子可以经由反应(I)再次氢化而被循环利用。芳香环分子及其氢化分子分别起到了储氢材料和直接提供氢源的作用。由此可知反应(2)所构成的电池为可循环的氢化储氢材料直接燃料电池。为简明起见称其为R-直接燃料电池(Reversible-直接燃料电池)，以区别于现有的有机物被完全氧化的直接燃料电池。关于燃料被完全氧化直接燃料电池，目前主要是醇类小分子直接燃料电池。其电池的产物是醇的完全氧化产物0)2和1120水，很难将其电解逆转成醇而将电能以化学能储存起来。从而不可能用于上述电能的“削峰填谷”。而有关本专利技术中的上述电池反应(2)的R-直接燃料电池还未见报道。关于上述电池反应(I)的不饱和有机分子的电化学催化加氢自20世纪80年代已经有研究，如Karivmiller等于1986、1988年研究了菲、蒽等在水溶液中阴极电化学还原加氢(Karivmi I ler, E. and R. I. Pacut (1986). Tetrahedron 42(8) :2185-2192./Karivmiller, E. , R.I.Pacut, et al. (1988). Topics in Current Chemistry 148 97-130.) ；Pintauro等于1991年对苯等芳烃化合物在雷尼镍电极的电化学加氢效果进行了验证(Pintauro, P. N. & J. R. Bontha (1991). Journal of Applied Electrochemistry21(9) :799-804.) Jiang, J. H等人于2006年利用AB5型合金载氢材料做电极催化材料，也对硝基苯的电化学加氢行为进行了研究(Jiang, J. H. and B. L. Wu (2006). Journal ofApplied Electrochemistry36 (7) :733-738.)。这些研究主要是针对不饱和分子的电化学加氢的基础研究，并不以电能向氢能的转换及储存并方便进行放电脱氢为目标的，因此本专利技术中所选用的芳香分子的种类及其物理状态、脱氢过程的温度条件及其能量损耗等均与上述已报道的研究分子有明显区别，下面对此作具体分析讨论。I)分子须在工作温度(< 150°C )下是不易挥发的液体，而不是固体。虽然对于某些固体可溶于一定的溶剂中，但溶剂会以降低其在电极表面的浓度，如菲、蒽等固体以及苯等易挥发的液体就不能作为其工作介质；2)氢化分子的脱氢温度不宜太高，如苯的氢化分子环己烷脱氢温度大于300°C，这已远远超出了电池的工作温度，不宜作工作介质；同时，若脱氢氢化温度高，电池阳极的极化严重从而增加脱氢放电中的能量损耗。如脱氢温度高，所需热量大的苯等芳环小分子就不宜作工作介质。另外如乙烯醇这样的不稳定分子也不能作为工作介质。基于以上因素，有必要研发新型的至少在工作温度下为液体，其氢化物脱氢温度也足够低的有机液体储氢材料，提供一种结构简单、新型的直接燃料电池储能供能系统。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于液态储氢材料的一体式直接燃料电池储能供能系统，该系统具有结构简单的特点。为实现上述目的，本专利技术所米取的技术方案是一种基于液态储氢材料的一体式直接燃料电池储能供能系统，它包括燃料电池单体和电化学氢化装置单体，燃料电池单体通过AC/DC转换电路分别与发电机、负载相连；其特征在于电化学氢化装置单体的结构与燃料电池单体的结构相同，电化学氢化装置单体与燃料电池单体合为一体，燃料电池单体的阴极和电化学氢化装置单体的阳极共用，燃料电池单体的阳极与电化学氢化装置单体的阴极共用；燃料电池单体16的水和气出口 17由出水管18与水罐20相连通，水罐20上设有排气孔(排气口)19 ;第一进水管21的一端与水罐20的底部相连通，第一进水管21的另一端与第一三通阀23的第一端口相连通，第一进水管21上设有水泵22 ;第一三通阀23的第二端口由第二进水管25与燃料电池单体16的水和气入口 26相连通，第一三通阀23的第三端口接氧气管24 ;燃料电池单体16的工作介质入口 13由第一工作介质管27与第二三通阀30的第一端口相连通，第一工作介质管27上设有工作介质泵29，第二三通阀30的第二端口由第二工作介质管28与储氢材料氢化物罐32的底部相连通，第二三通阀30的第三端口由第六工作介质管37与储氢材料罐31的底部相连通；燃料电池单体16的工作介质出口 14由第五工作介质管36与第三三通阀35的第一端口相连通，第三三通阀35的第二端口由第四工作介质管34与储氢材料氢化物罐32相连通，第三三通阀35的第三端口由第三工作介质管33与储氢材料罐31相连通；所述储氢材料罐31盛有储氢材料，所述储氢材料为多元混合液态不饱和杂环芳烃。所述的多元混合液态不饱和杂环芳烃具体为多个液态不饱和杂环芳烃分子(如咔唑、N-甲基咔唑本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于液态储氢材料的一体式直接燃料电池储能供能系统，它包括燃料电池单体和电化学氢化装置单体，燃料电池单体通过AC/DC转换电路分别与发电机、负载相连；其特征在于：电化学氢化装置单体的结构与燃料电池单体的结构相同，电化学氢化装置单体与燃料电池单体合为一体，燃料电池单体的阴极和电化学氢化装置单体的阳极共用，燃料电池单体的阳极与电化学氢化装置单体的阴极共用；燃料电池单体(16)的水和气出口(17)由出水管(18)与水罐(20)相连通，水罐(20)上设有排气孔(19)；第一进水管(21)的一端与水罐(20)的底部相连通，第一进水管(21)的另一端与第一三通阀(23)的第一端口相连通，第一进水管(21)上设有水泵(22)；第一三通阀(23)的第二端口由第二进水管(25)与燃料电池单体(16)的水和气入口(26)相连通，第一三通阀(23)的第三端口接氧气管(24)；燃料电池单体(16)的工作介质入口(13)由第一工作介质管(27)与第二三通阀(30)的第一端口相连通，第一工作介质管(27)上设有工作介质泵(29)，第二三通阀(30)的第二端口由第二工作介质管(28)与储氢材料氢化物罐(32)的底部相连通，第二三通阀(30)的第三端口由第六工作介质管(37)与储氢材料罐(31)的底部相连通；燃料电池单体(16)的工作介质出口(14)由第五工作介质管(36)与第三三通阀(35)的第一端口相连通，第三三通阀(35)的第二端口由第四工作介质管(34)与储氢材料氢化物罐(32)相连通，第三三通阀(35)的第三端口由第三工作介质管(33)与储氢材料罐(31)相连通；所述储氢材料罐(31)盛有储氢材料，所述储氢材料为多元混合液态不饱和杂环芳烃。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：程寒松，杨明，倪刚，韩超群，韩波，王圣平，吴金平，
申请(专利权)人：中国地质大学武汉，
类型：发明
国别省市：
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